Fatiga Debido A La Flexion En Engranajes

Estudio del fenómeno de fatiga debido a flexión en la superficie de los dientes de los diferentes tipos de engranaje:

La fractura de dientes es claramente la peor condición. Los esfuerzos a flexión que se generan en la raíz del diente en cada ciclo, originan una grieta por fatiga que después de una cierta cantidad de ciclos provoca la falla por rotura Esta pequeña grieta inicial, como se indica en la sección 3.2, tiene mucha dificultad para atravesar la frontera del grano y, a menudo, solo consigue propagarse a través de un grano. Sin embargo, ante la presencia de sobrecargas periódicas, el mecanismo se transfiere al grano adyacente y la grieta continúa avanzando hasta que la sección remanente del diente no es capaz de soportar los esfuerzos a flexión y se produce la rotura total del diente de forma inesperada. Estas sobrecargas periódicas se generan habitualmente en engranajes de baja precisión donde el valor completo de la carga se presenta aplicado en el extremo superior de la superficie de trabajo. En engranajes con precisiones suficientemente buenas esta falla nunca debería presentarse. La condición de esfuerzos máximos en la raíz ocurre en un diente de la corona en el instante en que entra en contacto con su respectivo del piñón. También ocurre en un diente del piñón en el instante inmediatamente anterior al término de contacto con su respectivo de la corona. Ambas condiciones se ilustran en la

Figura 5.2.

Figura 5.2. Condición de máximos esfuerzos en la raíz del diente

En este estudio se analiza la falla por fatiga a flexión en dientes de engranajes debido a que es una falla súbita y catastrófica. Esta falla ocurre sin previo aviso y debido a que resulta en la ruptura total del diente, concluye en la inutilización de la máquina. Por el contrario, la falla por fatiga superficial da advertencias audibles y los engranajes pueden seguir operando un cierto tiempo antes de ser reemplazados. La falla superficial es entonces el límite de diseño más deseable en la vida de un engranaje.

El tamaño del diente es la variable principal en el diseño de engranajes ya que si el material seleccionado sobrevive a los esfuerzos a flexión para un tamaño dado, es posible ajustar luego su dureza y mejorar así su vida al desgaste sin tener que hacer ningún otro cambio en el diseño. Existen técnicas que permiten la introducción de esfuerzos residuales a compresión en la superficie de las piezas tales como los tratamientos térmicos y los tratamientos de pre esforzado mecánico, aportando mejoras significativas a la duración de la superficie antes de ser puesta en servicio.

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